百問百答

人類在探索宇宙過程中，會遇到沖擊波現象。沖擊波是自然界中普遍存在的一種物理化學現象，與人類有著密切的關系。2022年12月31日，中科館大講堂邀請到中國科學院力學研究所研究員、中國科學院大學教授張德良，和我們一起解鎖沖擊波的“密碼”。

什么是沖擊波？它是如何形成的？

在介質中如果在某個很小的空間中具有巨大能量、并在很短的時間內被釋放出來，瞬時釋放的巨大能量壓縮周圍介質，將其瞬時壓縮形成一個間斷的界面，這個間斷面就是沖擊波。

超音速飛機是如何產生沖擊波的？

飛機在超音速飛行時，機頭前部空氣就會被嚴重擠壓，形成一個空氣間斷面。間斷面后面的空氣溫度壓力升高、能量堆聚，形成一堵高溫、高壓的“空氣墻”——沖擊波。這時飛機的氣動性能發生急劇變化，阻力突增、升力驟降。隨著飛行速度不斷增加，形成的沖擊波會越來越強。

超新星爆發也會產生沖擊波嗎？

超新星爆發是某些恒星在演化接近末期時會經歷的一種劇烈爆炸過程。恒星通過爆炸會將大部分物質以1/10的光速向外拋散，并向周圍的星際物質發射巨大能量，形成類似于“沖擊波”的現象。中國科學家曾觀測到最強超新星爆發，它的亮度是太陽的5700億倍。

如何利用沖擊波解決火箭和飛行器的防熱問題？

當飛行器飛行速度超過聲速3倍時，表面溫度可達400攝氏度以上，這時飛行器必須考慮防熱問題，因為這會引起飛行器發生災難性事故，導致機毀人亡。長征系列運載火箭發射過程中在整流罩外面必須有一層特殊材料的防熱層來防熱，否則運載火箭發射會發生事故。此外，現在還在研究新概念的氣動防熱新方法

沖擊波地面反射會產生音爆嗎？

超聲速飛機在1.6萬米高空飛行時產生的沖擊波傳播到地面時會在地面上反射，這種反射會產生很強的音爆，音爆引起的壓強可達到100帕以上。100帕壓強大約相當于133分貝聲強，它會引起很強的噪聲，音爆產生的噪聲對人體傷害是很嚴重的。

（責任編輯 / 高琳? ?美術編輯 / 韋英章）